--------溫州方圓儀器有限公司

一、引言

隨著生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)服裝、家用紡織品及各類生活用品的要求，已把關(guān)注點(diǎn)從耐用為主要要求逐步轉(zhuǎn)換為美觀、環(huán)保等。但“皮之不存，毛將焉附”，無(wú)論何種材料（或產(chǎn)品），若沒(méi)有足夠的強(qiáng)力，其它性能都無(wú)法體現(xiàn)。為此，對(duì)服裝面料的力學(xué)性能的檢測(cè)不但沒(méi)有放松，反而越來(lái)越受各種服裝及輔料生產(chǎn)企業(yè)的重視，并且隨著紡織品應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，測(cè)試方法也變得多樣化。

二、現(xiàn)代概念材料試驗(yàn)機(jī)的派生

我公司生產(chǎn)研發(fā)紡織品及服裝檢測(cè)儀器多年，結(jié)合本人對(duì)強(qiáng)力機(jī)的理解，特作如下闡述，請(qǐng)各位專家、老師批評(píng)指正。

現(xiàn)代概念的材料試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始于1946年，由麻省理工學(xué)院兩位在校研究生發(fā)明。此前杜邦公司應(yīng)美國(guó)軍方要求，開(kāi)發(fā)成功尼龍66，以期取代絲綢制成的降落傘，但其力學(xué)性能到底與絲綢有多大差距呢？為此急需新的測(cè)試手段。因?yàn)榇饲暗臏y(cè)試機(jī)的根本原理都是杠桿式，無(wú)法全面反映材料的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。

三、電子材料試驗(yàn)機(jī)的基本原理

3.1 紡織材料的力學(xué)性能

紡織材料的力學(xué)性能包括強(qiáng)力和伸長(zhǎng)兩方面，其性能與其它組成的基本單元---纖維的力學(xué)性能密不可分，天然麻纖維的伸長(zhǎng)較小，其制成品較剛硬；而羊毛伸長(zhǎng)大，其制成品較柔軟；化學(xué)纖維的強(qiáng)力與伸長(zhǎng)可在加工過(guò)程中控制。除基本的拉伸斷裂特性外，它們?cè)谕饬ψ饔孟碌淖冃位貜?fù)能力，也決定了紡織品的應(yīng)用范圍及使用壽命，為此，需要測(cè)定紡織材料及其制成品的斷裂強(qiáng)力、反復(fù)拉伸特性及蠕變等。

3.2 紡織用材料試驗(yàn)機(jī)的基本原理：

紡織材料在電機(jī)及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的作用（拉伸、壓縮、變曲等）下，產(chǎn)生變形并給傳感器施加相等的力，使傳感器產(chǎn)生微量變形，從而轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（基于電阻應(yīng)變片等傳感器），交由后級(jí)的模擬--數(shù)字變換器轉(zhuǎn)換成中央處理單元可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并顯示或打印出測(cè)試結(jié)果。

3.3 傳感器：

傳感器用來(lái)將力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，可分為電阻式、電感式等。由于在稱重、天平等各行業(yè)的大量采用，現(xiàn)今的傳感器已形成大批量、多廠家的生產(chǎn)格局。故生產(chǎn)整套測(cè)試儀器廠家不約而同的采用成品傳感器。

3.4 中央處理單元：

如圖一所示，在測(cè)試機(jī)的統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)，中央處理器（以單片機(jī)為主）是核心器件，以下幾方面決定了測(cè)試機(jī)的性能。

a. 由于整機(jī)內(nèi)存在大量的電子元器件、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等元件，再加上外部電源的電躁音等都有可能形成干擾，使其紊亂、死機(jī)或出錯(cuò)。此項(xiàng)指標(biāo)主要取決于芯片廠商技術(shù)力量，儀器廠家主要在器件選型、應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)及匯編語(yǔ)言的設(shè)計(jì)上加以避免（如看門狗的設(shè)計(jì)）。

b. 隨著測(cè)試快速化、多樣化的發(fā)展，完成測(cè)試所要處理的數(shù)據(jù)量（如強(qiáng)力、伸長(zhǎng)等）越來(lái)越大，現(xiàn)在國(guó)外先進(jìn)廠家已有選用32位單片機(jī)的新型產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)仍以8位機(jī)為主。

c. 與計(jì)算機(jī)的兼容能力：

隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）的廣泛應(yīng)用，其信息處理量大、操作方便等特點(diǎn)不言而喻，各儀器廠商均開(kāi)發(fā)了PC機(jī)的聯(lián)接技術(shù)，其可靠性主要取決于單片機(jī)的兼容性。

3.5 電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：

a. 電機(jī)響應(yīng)時(shí)間

該部分是整機(jī)的“心臟”系統(tǒng)，決定其測(cè)試范圍及長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性，如要求將某一試樣拉伸至屈服點(diǎn)附近，并保持在該負(fù)荷下若干時(shí)間以后，再測(cè)算材料的變形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，此時(shí)要求驅(qū)動(dòng)器—電機(jī)能在△t時(shí)間內(nèi)完成一次從靜止到拉伸再停止的過(guò)程，△t即為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，該值越小，則整機(jī)越能輕松完成較復(fù)雜的測(cè)試過(guò)程（如蠕變、定負(fù)荷、反復(fù)定負(fù)荷循環(huán)拉伸）。

b. 速比范圍

速度范圍指驅(qū)動(dòng)器-電機(jī)系統(tǒng)能完成的較大速度與較小速度的比值，此值越大越能體現(xiàn)測(cè)試機(jī)的適用廣泛性。

c. 多種保護(hù)

由于使用環(huán)境（溫度、濕度、電源、操作人員素質(zhì)）不同，要求驅(qū)動(dòng)器-電機(jī)系統(tǒng)具有較好的過(guò)壓、過(guò)流、沖位等多重保護(hù)功能，以保證整機(jī)的長(zhǎng)期耐用。

d. 發(fā)展過(guò)程

大多儀器廠家根據(jù)不同的電機(jī)設(shè)計(jì)如交流異步、直流、步進(jìn)、變頻、直流伺服、交流伺服等，可通過(guò)以上幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)分辯各儀器性能的優(yōu)劣。

3.6 應(yīng)變（位移）測(cè)量

大部分紡織品的力伸長(zhǎng)比較小，故常規(guī)強(qiáng)力機(jī)均以?shī)A具鉗口位移來(lái)代替試樣變形量，但對(duì)于如芳綸制品、玻璃纖維、陶瓷及其它高模量纖維制品等小變形材料來(lái)說(shuō)，不能忽略鉗內(nèi)材料的變形，故對(duì)試樣變形的測(cè)量通常選取其被握持的中間區(qū)域（這就是“牽伸器”的測(cè)試原理）。

3.7 輸入輸出系統(tǒng)

因早期面對(duì)的測(cè)試任務(wù)較簡(jiǎn)單（如斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)等），故顯示方式采用LED為主流，但隨著測(cè)試范圍的擴(kuò)大及測(cè)試要求的提高，LED的表達(dá)能力遠(yuǎn)不能勝任，故在主機(jī)外掛接繪圖儀或打印機(jī)給出測(cè)試結(jié)果。測(cè)試過(guò)程所需相關(guān)參數(shù)，在開(kāi)始測(cè)試前預(yù)先以代碼形式通過(guò)拔段開(kāi)關(guān)輸入，操作過(guò)程相當(dāng)煩瑣，故障率較高（任一誤設(shè)定、任一器件故障均會(huì)出錯(cuò)或無(wú)法測(cè)試）。隨之而發(fā)展的藍(lán)屏及觸摸屏（俗稱人機(jī)界面）等的應(yīng)用則大大減小故障隱患，并簡(jiǎn)化操作。

近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了下掛計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出（如測(cè)試報(bào)告、強(qiáng)伸曲線）與參數(shù)輸入，從而大大方便簡(jiǎn)化操作過(guò)程。

四、電子材料試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向

國(guó)外大多數(shù)儀器制造商已普遍實(shí)現(xiàn)了三閉環(huán)（即應(yīng)力、應(yīng)變、位移）控制技術(shù)，而國(guó)內(nèi)廠家，甚至是一些紡織儀器老廠，連應(yīng)力閉環(huán)控制也很難做到，倒是某些新生的紡儀企業(yè)的起點(diǎn)較高，

實(shí)現(xiàn)了其中之一或兩項(xiàng)，但大勢(shì)所趨，誰(shuí)占領(lǐng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)就可能會(huì)被市場(chǎng)看好。